專利名稱：根據(jù)波前象差數(shù)據(jù)確定眼睛折光度的制作方法
相關(guān)申請參考本申請要求2000年10月10日提出的美國臨時申請No.60/238,465的利益，因此其公開被引入作為參考全部包含在本說明中。
相關(guān)技術(shù)描述可以使用多種客觀技術(shù)(視網(wǎng)膜鏡檢查、自動折光度測量、光電折光度測量)測量人眼的球面和柱面屈光誤差。它們非?？焖?，并且構(gòu)成主觀折光度測量可供選擇的吸引人的方法?？陀^折光度測量不僅有用，而且常常是必要的，例如，在檢查兒童和具有精神或語言障礙的患者時。不過，主要關(guān)心正確地客觀確定觀察者折光度的能力。由于所有這些客觀方法均基于從視網(wǎng)膜反射并從眼睛射出的光，故眼睛象差減小了測量精度。除了散焦和散光以外，眼睛還具有多種高級象差，這些象差在所檢測的光的圖案上引入缺陷。因此，光電折光度測量方法基于旁軸光學分析，表明當考慮正常人眼的球差時，有很大程度的測不準性。象差還影響視網(wǎng)膜鏡檢測量。雖然自動屈光計(autorefractor)提供了對眼睛屈光狀態(tài)的可靠測量，但其在精度和可重復性上的局限性是眾所周知的。例如，在自動折光度測量與主觀測量之間存在不一致，特別是具有散光或者屈光異常較大時更是如此。M.Elliott等人在“Repeatability and accuracy of automatedrefractionA comparison of the Nikon NRK-8000，the Nidek AR-1000，and subjective refraction”，Optom.Vis.Sci.74，434-438，1997；J.J.Walline等人在“Repeatability and validity of astigmatismmeasurements”，J.Refract.Surgery 15，23-31，1999；以及A.M.Thompson等人在“Accuracy and precision of the Tomey ViVAinfrared photorefractor”，Optom.Vis.Sci.73，644-652，1996中描述了這種不一致性。而且，視網(wǎng)膜鏡檢查和自動折光度測量之間通常在一定程度上不一致，如E.M.Harvey等人在“Measurement ofrefractive error in Native American preschoolersValidity andreproducibility of autorefraction”，Optom.Vis.Sci.77，140-149，2000中所述。
M.A.Bullimore等人在“Patient Acceptance of Auto-Refractorand Clinician PrescriptionsA Randomized Clinical Trial”，VisualScience and its Applications，1996 Technical Digest Series，Vol.1，Optical Society of America，Washington，D.C.，pp.194-197；M.A.Bullimore等人在“The Repeatability of Automated and ClinicianRefraction”，Optometry and Vision Science，Vol 75，No.8，1998年8月，pp.617-622中描述了患者對自動折光度測量的偏愛。這些文章表明，患者更喜歡臨床醫(yī)生的折光度測量；例如，前一篇文章指出自動屈光計的拒絕率比臨床醫(yī)生高大約11％。拒絕率的差異表明，自動折光度測量不如臨床醫(yī)生的指示精確。因此，自動折光度測量技術(shù)的狀態(tài)留有改進的空間。
由于這個原因，使用眼睛高級象差，并且對主觀折光度進行精確估計的客觀方法的發(fā)展是重要挑戰(zhàn)。這類方法對于例如改進屈光外科手術(shù)而言極其有用。由于更多患者探詢屈光外科手術(shù)的過程，故在手術(shù)之前精確測量折光誤差在評估屈光效果時更為重要。另一個重要問題與眼睛的老化有關(guān)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于不同年齡組，主觀折光度測量與自動折光度測量之間存在差異。該差異大概來自于眼睛象差隨年齡增大而增大這一事實。L.Joubert等人在“Excess of autorefraction oversubjective refractionDependence on age”，Optom.Vis.Sci.74，439-444，1997；A.Guirao等人在“Average optical performance of thehuman eye as a function of age in a normal population”，Ophth.Vis.Sci.40，203-213，1999中描述了對年齡的依賴性?？紤]對象特定象差圖案的客觀方法應該對所有年齡組提供可靠的估計。這種方法還能自動給出針對各種瞳孔尺寸和光強的折光度值，因為兩種象差均隨瞳孔尺寸而增大，并且視覺敏銳度取決于亮度條件。
現(xiàn)在可以迅速、精確并且重復測量眼睛的更高級象差，例如，使用Shack-Hartmann檢測器。Williams等人的美國專利No.5,777,719中給出了實現(xiàn)測量的方法和設備。從而，看似在更精密的儀器中幾乎必須優(yōu)先使用該新信息。


圖1A中表示出視力矯正的最簡單情形，其中僅有聚焦誤差。也就是，通過眼睛102瞳孔103邊緣的光線R，聚焦在與視網(wǎng)膜平面112空間分離的傍軸平面110上。從而，僅需的矯正是將聚焦平面從傍軸平面110移動到視網(wǎng)膜平面112。傍軸平面110的前面、平面上和后面的圖像分別表示為124，126和128。
圖1B表示具有負球差的近視眼102′所形成的圖像的一個例子。在沒有球差情況下，所有光線R′將聚焦在傍軸平面110上，然后將根據(jù)將聚焦平面移動到位于視網(wǎng)膜上的平面112所需的球面負透鏡計算眼睛的折光度。不過，由于球差，通過瞳孔103邊緣的光線R會聚在靠近眼睛的平面104處(邊緣平面)。該簡單的例子表示出不同平面中光線的分布如何產(chǎn)生不同質(zhì)量的圖像114-122。眼睛的折光度是將“最佳圖像”的平面移動到視網(wǎng)膜所需的折光度。
當必須矯正散光時發(fā)生類似現(xiàn)象。取決于眼睛的高級象差，為了使圖像質(zhì)量最優(yōu)，除了傍軸區(qū)域以外，待矯正散光量不同于相應于Sturm間隔(由散光確定的兩個焦平面之間的距離)的散光量。
圖1C中表示出這種情形。來自眼睛102 ″瞳孔103不同位置的光線R″和R具有不相重合或者甚至不同軸的焦點。從而，在不同位置處獲取的圖像表示為130，132和134。如果不能對所有象差進行矯正，或者僅能對所有象差進行部分矯正，則必須確定圖像130，132和134中哪一個圖像為最佳圖像。
并非，或者至少不必通過根據(jù)傍軸近似矯正散焦和散光而獲得該最佳圖像，它不考慮高級象差的影響。從而問題在于什么是“最佳圖像”。通過幾何光線跟蹤，答案是最佳圖像相當于光斑尺寸最小的平面。圖1B中由106表示的該平面，稱為最小模糊平面(LC)，例如，對于具有球差的系統(tǒng)，最小模糊平面位于傍軸平面與邊緣平面之間距離的3/4處。另一種是光斑的均方根(RMS)半徑最小的平面108。在圖1B的例子中，該平面位于邊緣平面與傍軸平面中間。不過，用幾何方法確定的光斑沒有精確反映點擴展(PSF)函數(shù)，點擴展函數(shù)是在波前檢測器結(jié)果的基礎上計算而得的視網(wǎng)膜圖像，并且應該基于光在出瞳處的衍射進行計算。實像中光的分布通常與通過光線跟蹤用幾何方法預測的圖像極為不同。對圖像質(zhì)量的任何考慮都應該使用衍射理論。
高級象差與低級象差結(jié)合，稱為“平衡”。流行的澤尼克(Zernike)多項式的一個主要性質(zhì)在于它們表示平衡象差。二階多項式Z20，±2代表散焦和散光。例如，在項Z04中球差被散焦平衡；項Z4±2被散光平衡，等等。在異常波前的最小RMS表示獲得最佳圖像時，象差平衡是一種吸引人的想法。從而，使用波象差的RMS來測量眼睛異常的程度，并且作為圖像質(zhì)量的量度RMS越低，圖像質(zhì)量越好。支持這種使用的事實是，對于小象差而言，RMS與另一種也用作圖像質(zhì)量判斷標準的流行量度，即定義為PSF輻射峰值的Strehl比有關(guān)。大Strehl比值表明圖像質(zhì)量良好。對于小象差，Strehl比和波象差的RMS成反比當Strehl比最大時，RMS最小。已經(jīng)推導出表示該關(guān)系的數(shù)個公式；其中一個眾所周知的是S=exp(-(2πλRMS)2)---(1)]]>其中S為Strehl比，λ為波長。
通常，在測量之后將波象差分解成澤尼克基本函數(shù)，W=ΣanmZnm.]]>這樣做的優(yōu)點在于，可以很容易地從澤尼克系數(shù)得到波象差的RMSRMS2=Σ(anm)2.]]>從而，通過將相應的澤尼克系數(shù)設定為零(a20,±2=0]]>以矯正折光誤差，或者例如a3±1=0]]>以矯正彗差)，可以確定對眼睛的折光誤差或者一組高級象差進行任何矯正。不過，再次指出，基于衍射的圖像分析表明，該想法通常會失敗。當象差較大時，利用非最佳平衡象差會得到最大Strehl比(即RMS不最小)。具體來說，當波象差的RMS比大約0.15波長大時，公式(1)不再有效。與之相比，例如對于6mm的瞳孔直徑，正常普通眼睛的球差大小為3-4個波長。因而，不能從最小RMS的假設得出為開出處方折光度并獲得最佳圖像質(zhì)量所需的球面和柱面。如果例如欲要矯正球差或彗差，會發(fā)生相同的情況。對于大象差而言，平衡的二階球差(Z60多項式)和平衡的二階彗差Z5±1并不給出最大Strehl比。
RMS最小化技術(shù)使用來自澤尼克展開的系數(shù)a02和a2±2，導致對散焦和散光的矯正。該傍軸技術(shù)抽取出波象差中的全部散焦和散光。
上面兩種均基于瞳孔平面并使用波象差數(shù)據(jù)本身的技術(shù)，在高級象差增大時不起作用。特別是，如圖1D所示，象差的主觀確定與客觀確定之間的差異隨波前象差的RMS而增大，其中曲線(1)表示RMS最小化技術(shù)，曲線(2)表示傍軸技術(shù)。如圖1E所示，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人群的高級象差平均為0.3μ。結(jié)果，對于大約一半人口來說上述技術(shù)不適用，并且能引起高達1屈光度的誤差。
發(fā)明概述由上所述，顯然本領域中存在克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷的需要。從而，本發(fā)明的主要目的在于提供一種對眼睛高級象差的客觀測量，該測量可提供對主觀折光度的精確估計。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種對于多種瞳孔尺寸、光能級和年齡的可靠測量。
本發(fā)明的再一目的在于確定對于視覺而言最好表示最佳圖像的量度。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種對更大百分比人群的可靠測量。
通過根據(jù)眼睛波象差的測量值確定眼睛折光誤差的計算系統(tǒng)和方法，能實現(xiàn)上述和其他目的。該方法計算使基于受高級象差影響的視網(wǎng)膜圖像中光分布的一或多個量度最優(yōu)化的球面與柱面的組合。根據(jù)Shack-Hartmann或其他檢測器的結(jié)果計算出作為視網(wǎng)膜或象平面上光分布的視網(wǎng)膜圖像?？梢杂嬎阒苯踊谝暰W(wǎng)膜圖像的量度，或者可以使用代表視網(wǎng)膜圖像的量度?？梢允褂孟笃矫嫔系娜魏瘟慷龋⑶铱墒褂靡换蚨鄠€量度。該方法產(chǎn)生與主觀最佳視網(wǎng)膜圖像有關(guān)的最佳圖像。由于該方法是計算方法，故計算機是僅需的硬件，并且可以與波前檢測器結(jié)合成小型儀器。
本發(fā)明考慮到雖然瞳孔平面量度不能精確預測主觀折光度，而象平面量度可精確預測出主觀折光度。雖然現(xiàn)有技術(shù)僅適用于大約25％的對象，精度為±0.25D；或者適用于50％的對象，精度為±0.5D，而本發(fā)明將對大多數(shù)對象提供適當矯正，誤差＜0.25D。
為了估計主觀折光度，可以使用該量度值的峰值和尾部；即可以使用量度曲線除最大值位置以外的信息。例如，可以使用曲線的寬度作為“容限”，因為較窄的曲線表明較低容限，從而更需要精確矯正。對于允許較大散光的對象，矯正球差而不校正散光的隱形眼鏡的例子更合適。
與限于單瞳孔尺寸的自動折光度測量不同，本發(fā)明沒有這種限制。本發(fā)明能對等于或者小于進行波象差測量的瞳孔尺寸的任意瞳孔尺寸計算主觀折光度。
本發(fā)明還涉及上述計算系統(tǒng)和方法的第二種應用。雖然已經(jīng)成功地使用眼鏡和隱形眼鏡矯正散焦和散光(二級象差)，不過它們未矯正高級象差。對于小瞳孔而言，傳統(tǒng)矯正提供了足夠大的改善。不過已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于較大瞳孔以及老年人或異常對象如屈光手術(shù)后或圓錐形角膜患者中較小瞳孔而言，高級象差對正常眼睛中的視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量具有重大的影響。當然，已經(jīng)使用自適應光學系統(tǒng)成功矯正了高級象差，并形成具有超常光學質(zhì)量的正常眼睛。近來的發(fā)展使實現(xiàn)超級矯正過程的想法成為可能。因而，車削工藝能制造幾乎具有任何象差分布的隱形眼鏡，并且正在進行改進激光屈光手術(shù)的努力，使之能矯正傳統(tǒng)折光誤差以外的其他缺陷。
希望實現(xiàn)對所有象差的矯正，意味著定制矯正具有許多自由度。此外，象差的階次越高，所允許的失配容限越低，且有效所要求的矯正精度越高。實現(xiàn)象差減小同時包含相對簡單耐久矯正的折衷方案，是僅對某組高級象差如彗差和球差進行定制矯正。彗差和球差特別重要，因為這些象差是在人眼中具有較大值且具有較大偏心容限的象差。不過，本發(fā)明具有普遍性，同樣可用于任何其他組象差。
簡而言之，如果能檢測到比能被矯正象差更多的象差，則選擇待矯正象差，或者對所有象差進行部分矯正。例如，如果能測量n個象差，則能矯正m≤n個象差。本發(fā)明能確定在使對象視力最優(yōu)化所需的矯正方法中補償象差的大小。例如，在有些國家，通常矯正球差而不矯正散光。本發(fā)明提供了實現(xiàn)它的一種改進方法。作為另一個例子，由于眼睛不穩(wěn)定，故剩余象差不可避免。本發(fā)明使這類剩余象差引發(fā)的問題最小。
因此，本發(fā)明的第二方面在于提供一種計算方法，用于設計除散光和散焦之外眼睛數(shù)個象差定制矯正的最佳圖形。該方法考慮未被矯正的剩余象差的作用，計算待矯正象差的適當大小，以便獲得最佳圖像質(zhì)量。
可以使用多種量度描述視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量。該計算方法基于這些量度的最佳值計算對象的折光誤差處方(prescription)。
本發(fā)明基于意外的發(fā)現(xiàn)，即當根據(jù)在像平面上測得的量度進行矯正時，不必考慮大腦對圖像質(zhì)量的偏愛。使用將大腦考慮在內(nèi)的量度不產(chǎn)生明顯的差異。與之相比，最初人們認為矯正必須考慮大腦對圖像質(zhì)量的偏愛。為此，將不考慮不出現(xiàn)這種效果的天文學(astronomy)技術(shù)。因此，在發(fā)明人最初認為需要的計算量上，計算大大簡化。
高級象差影響最佳主觀折光度和對矯正失效的容限。瞳孔平面量度(例如波象差RMS)不能精確預測主觀折光度。因而，通過使用象平面量度(或者作為代表象平面量度函數(shù)的量)把高級象差的影響包括在內(nèi)，波前檢測器能改善客觀折光度。
本發(fā)明允許根據(jù)任何可靠的波前裝置預測主觀折光度，并大體實現(xiàn)比當前自動屈光計更優(yōu)。自動屈光計的局限性有瞳孔尺寸；從視網(wǎng)膜返回并由檢測器分析的輻射強度(通常較低)；在兩次通過眼睛光學系統(tǒng)時，靶子如光柵變模糊(blur)兩次這一事實；以及當前自動屈光計估計三個且僅三個參數(shù)(球面，柱面和光軸)這一事實。相反，本發(fā)明能使對任意數(shù)量象差的矯正最佳，從僅矯正散焦到與矯正已測量多種象差一樣多的象差。本發(fā)明可應用于任何矯正技術(shù)，包括隱形眼鏡、眼內(nèi)透鏡、眼鏡、激光屈光手術(shù)和自適應光學系統(tǒng)。另外，本發(fā)明能基于患者對最佳矯正的偏離的允許程度，進行矯正。例如，能客觀估計出患者對僅矯正球差而不矯正散光的隱形眼鏡的允許程度。
對于上述代表量度，根據(jù)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)在許多對象中，可以根據(jù)象差系數(shù)推測出最佳圖像。如果能使用象差系數(shù)計算誤差具有相反符號的兩個結(jié)果，則此代表量度可以為簡單的平均或加權(quán)平均。
附圖簡要說明將參照附圖詳細闡述本發(fā)明的最佳實施例，其中圖1A-1C表示由具有不同象差程度的眼睛所形成的圖像的例子；圖1D和1E表示用于視力矯正的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)果；圖2表示假設為單色光時，用于確定所需折光矯正的操作流程圖；圖3表示圖2流程圖的一種變型，將彩色散焦考慮在內(nèi)；圖3A表示在三維空間的一維中搜索最佳量度；圖4表示對于具有小象差的眼睛和具有大象差的眼睛，圖2中參數(shù)搜索的例子；圖5表示利用圖3的技術(shù)，對于對象計算最佳象差的例子；圖6A和6B表示不同象平面處不同量度的值；圖7表示用于實現(xiàn)圖2或圖3操作的設備；圖8A-8F表示通過不同圖像量度確定的主觀與客觀折光度的比較；圖9表示在通過使用不同圖像量度進行矯正之后，剩余折光度的均方根誤差(RMSE)；圖10表示主觀與客觀折光度之間的差異對波象差的RMS的依賴性；圖11表示折光誤差的容限對高級象差的依賴性；
圖12A和12B表示量度容限與主觀視力敏銳度容限之間的比較；圖13A和13B表示雙眼折光矯正；圖14A-14C表示在不同類型矯正之后，對象觀看到的景色的仿真圖像；圖15A-15C表示根據(jù)由本發(fā)明最佳實施例和兩種其他技術(shù)進行的試驗結(jié)果，主觀球面當量(spherical equivalent)與客觀球面當量之間的關(guān)系；圖16A-16C表示對于相同試驗結(jié)果，以球差為函數(shù)，主觀與客觀球面當量之間的誤差；圖17A-17C表示對于相同試驗結(jié)果，主觀與客觀柱面之間的關(guān)系；圖18A-18C表示對于相同實驗結(jié)果，以高級象差量為函數(shù)，主觀與客觀柱面之間的誤差；以及圖19A-19C表示對于相同試驗結(jié)果，主觀與客觀散光軸之間的關(guān)系。
最佳實施例詳細說明在詳細描述最佳實施例之前，首先定義某些量。
波象差乃是邊緣光線與通過出瞳中心的光線之間的光程差。其可被表示為澤尼克多項式Znm的線性組合W(ρ,θ)=Σn,manm·Znm(ρ,θ)---(2)]]>其中anm為澤尼克系數(shù)，(ρ，θ)為極坐標中瞳孔平面處的點，ρ為對瞳孔半徑(r0)歸一化得出的徑向坐標。用n表示象差階次。
二階系數(shù)代表a02散焦，a2±2與散焦平衡的散光。
瞳孔函數(shù)被定義為p(r,θ)=A(r,θ)·exp[i2πλW(r,θ)]---(3)]]>其中A(r，θ)為通過瞳孔的幅值(在最佳實施例中假定在瞳孔內(nèi)等于1，在瞳孔外等于0)，W(r，θ)為波象差。
點擴展函數(shù)(PSF)為射出光線在眼睛由點光源形成的象平面上的分布?？梢岳酶道锶~變換(FT)由瞳孔函數(shù)計算而得PSF(x，y)＝|FT(p(λdη，λdξ))|2(4)其中d為從瞳孔到象平面的距離，(x，y)為象平面上的笛卡兒坐標，(η，ζ)為瞳孔上的笛卡兒坐標。
調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)為所謂的光學傳遞函數(shù)(OTF)的模數(shù)，而光學傳遞函數(shù)是PSF的傅里葉變換。因此MTF(fx，fy)＝|FT(PSF(x，y))|2(5)其中(fx，fy)為空間頻率。MTF產(chǎn)生每個空間頻率處物體對比度與相應視網(wǎng)膜圖像之間的關(guān)系，并且僅包含眼睛光學系統(tǒng)的作用。
神經(jīng)中樞對比靈敏度函數(shù)(NCSF)光學和神經(jīng)因素均影響視覺性能。視力系統(tǒng)對于涉條紋的對比靈敏度提供了對視網(wǎng)膜和大腦的對比靈敏度的估計。
對比靈敏度函數(shù)(CSF)是觀察者對不同空間頻率光柵有多敏感的標準測量。由于包含有光學因素和神經(jīng)因素，故CSF最終為對象視覺性能的描述。例如，可被檢測的最大空間頻率(即CSF降到零時)給出觀察者視覺敏銳度的測量。
通過找出觀察者能檢測的特定空間頻率正弦光柵的最低對比(閾值)，可以主觀確定CSF。該閾值的倒數(shù)為CSF?？陀^上，可以由光學調(diào)制傳遞函數(shù)與神經(jīng)中樞對比靈敏度的乘積得到CSF；CSF(fx，fy)＝MTF(fx，fy)·NCSF(fx，fy)(6)Strehl比乃是PSF的峰值，或者等效于MTF的體積或能量。
PSF的方差測量PSF的最小值與最大值之差。該方差越大，則PSF越尖銳。其被數(shù)學計算為var(PSF)＝<PSF2>-<PSF>2(7)其中<…>表示平均值。
PSF的熵(Entropy)圖像的熵是射出光線如何從中心擴展的量度，即該圖像的有效面積的量度。PSF的熵被計算為
無象差的PSF(Airy像)具有最小熵值。任何象差都會導致熵增大。
PSF的環(huán)繞能(在Airy圓盤內(nèi))處于圍繞圖像峰值小面積內(nèi)的環(huán)繞能(encircled energy)可以解決Strehl比的潛在問題，因為它測量一區(qū)域內(nèi)的積分強度，而不是單個強度峰值。傳統(tǒng)的量度為計算PSF中落入與Airy圓盤相應的區(qū)域內(nèi)的光份額而得出的環(huán)繞能。Airy圓盤包圍有PSF中總能量的84％。當各種環(huán)境條件許可時，可用圍繞或多或少總能量的圓盤實現(xiàn)環(huán)繞能。
現(xiàn)在將描述由象差系數(shù)推導出球面和柱面。令W為波象差，按照塞德爾象差形式，將矯正散焦和散光的透鏡描述成W＝Ad·ρ2+Aa·ρ2cos(θ-θa)(9)其中θa表示散光軸。以屈光度為單位，矯正透鏡的球面(S)與柱面(C)為S=-2r02Ad,C=-2r02Aa---(10)]]>其中r0為波象差描述的瞳孔半徑。
如果將透鏡的波象差表示成澤尼克多項式，則波象差為W=a20·Z20+a22·Z22+a2-2·Z2-2---(11)]]>澤尼克系數(shù)與塞德爾系數(shù)之間的關(guān)系為Aa=26(a22)2+(a2-2)2,Ad=23a02-Aa/2---(12)]]>由θa=12arctga2-2a22]]>給出軸。
在該最佳實施例中使用五個不同圖像質(zhì)量量度Strehl比；PSF的熵；PSF的方差；定義為從0到60c/deg可分辨頻率范圍內(nèi)MTF積分的MTFa；以及定義為CSF積分的CSFa，且由MTF與神經(jīng)中樞CSF的乘積獲得CSF。所有這些被與衍射極限相應的最大(熵最小)值除，從而將它們歸一化成最大值(熵最小)為1，1針對無象差情形。
下面，將描述根據(jù)波象差測量估計眼睛折光度的方法步驟。為了清楚起見，首先假設為單色光公開該方法，然后針對多色光。圖2和3的流程分別歸納了對于單色和多色光情形該算法的步驟。
1.在步驟202中以澤尼克多項式表示的眼睛的波象差(W)為輸入數(shù)據(jù)。令λ0為波長，已經(jīng)針對該波長測量了波象差。在步驟204中，我們從W得到二階澤尼克系數(shù)a20，±2，得出“高級波象差”Wh-o=Σn>2anm·Znm---(13)]]>Wh-o由高級象差組成，其中某些象差在最小RMS意義上被散焦和散光平衡。如果最小RMS相應于最佳圖像，則直接從系數(shù)a20，±2獲得眼睛的折光矯正。通常，在折光矯正之后該波象差不代表眼睛的最佳狀態(tài)，而眼睛最佳狀態(tài)是最終目標。不過它構(gòu)成了合理的第一級近似，從中我們可以開始尋找所需的額外散焦和散光量。
2.在步驟206中利用公式(3)，由Wh-o構(gòu)造“高階瞳孔函數(shù)”ph-o。該瞳孔函數(shù)具有該對象高級象差的特征，無需再進行計算。
3.在步驟208中，在搜索空間內(nèi)對于包括散焦與散光組合的二級波象差構(gòu)造瞳孔函數(shù)。這些波象差具有下列形式Ws-o=c20Z20+c22Z22+c2-2Z2-2---(14)]]>其中系數(shù)c20，±2覆蓋搜索空間。
從而瞳孔函數(shù)為ps-o=A·exp[i2πλ0Ws-o]---(15)]]>這些瞳孔函數(shù)與對象無關(guān)。因此可以一次計算出它們，并將其存儲以被任何時候使用，從而提高了計算效率。
重要的問題是我們想要尋找散焦與散光最佳組合的參數(shù)c20，±2的空間應該多大和多密集。幸運的是，可以在距離起點不遠的有限距離處找到該組合。實際上，在存在高級象差時產(chǎn)生更好圖像質(zhì)量的二級象差的大小受到這類高級象差幅值的限制。除了限制以外，圖像質(zhì)量逐漸降低。合理的選擇是受任意傍軸光線與任意邊緣光線之間最長距離限制的值的范圍。搜索范圍可以是該值的兩倍，以確保該最佳組合落入我們的搜索空間之內(nèi)。
可以由對象可檢測聚焦的最小間隔差(the minimum stepdifference)確定對搜索空間的取樣。澤尼克系數(shù)c20，±2值之間0.1微米間隔就足夠了。例如，對于4mm瞳孔，該間隔相當于0.17屈光度(參見公式(10-12))。
4.在步驟210中用高階瞳孔函數(shù)ph-o與覆蓋該搜索空間的各個二階瞳孔函數(shù)ps-o的乘積構(gòu)造“全(total)瞳孔函數(shù)”ptotal＝ph-o·ps-o(16)5.在步驟212中利用公式(4)計算點擴展函數(shù)(PSF)。
6.在步驟214中如上所述計算圖像質(zhì)量的量度。
7.在步驟216中選擇給出該量度最佳值的參數(shù)c20，±2。
搜索空間一般為三維空間，即散焦、散光和散光軸。圖3A表示相對一維，即散焦描繪出的量度值。最大量度與主觀確定的最佳矯正量之間的小誤差表明，該量度是主觀折光度的良好預測器。
8.確定該對象的折光度。在矯正了如步驟218中確定的散焦和散光之后，眼睛的最優(yōu)(optimum)波象差為Woptimum=c02·Z02+c22·Z22+c2-2·Z2-2+Wh-o---(17)]]>由于眼睛的最初波象差為W，則W＝Wlens+Woptimum(18)公式(17)和(18)表明，我們必須用波象差為Wlens=(c02-a02)·Z02+(c22-a22)·Z22+(c22-a2-2)·Z2-2---(19)]]>的鏡片(lens)矯正眼睛。從而在步驟220中確定該對象的折光度為S=-2r0223(c20-a20)-C/2,C=-2r0226(c22-a22)2+(c2-2-a2-2)2---(20)]]>柱面的軸為 注意，如果最小RMS與最佳圖像相應，那么搜索將產(chǎn)生c20,±2=0,]]>且直接從初始系數(shù)a20，±2計算出折光度。
圖4表示對于具有不同象差大小的兩只眼睛，搜索參數(shù)c20，±2的一個例子?；叶缺硎緢D象質(zhì)量量度之一的值。對于象差較小的眼睛，在非常接近最小RMS條件(c20，±2～0，且c20的值較小)的位置獲得該量度的最大值。不過，對于象差較大的眼睛，必須引入額外的散光和散焦值。
由于通常矯正眼睛的折光誤差，以觀看代表日常視覺景色的寬帶發(fā)光，故應該在多色光條件下進行參數(shù)搜索。除了上述步驟以外，必須執(zhí)行下列步驟。
9.將“彩色瞳孔函數(shù)”構(gòu)造成(步驟205，206′)pchro=A·exp[i2πλcchroZ20]---(21)]]>其中cchro是表示針對每個波長的散焦的澤尼克系數(shù)，λ為在可見光譜內(nèi)取值的波長。無色差的參考波長為555nm，與最大適光靈敏度相應。
10.在步驟212′中，由“全瞳孔函數(shù)”ptotal和“彩色瞳孔函數(shù)”pchro計算對個每個波長的單色PSF。利用眼睛的標準光譜靈敏度V(λ)進行加權(quán)，通過在光譜分布上對單色PSF積分，計算多色PSF。
11.根據(jù)多色PSF，上述步驟對于由使量度優(yōu)化的系數(shù)組合計算折光度而言完全一樣。僅有的區(qū)別在于必須根據(jù)參考波長與進行象差測量的波長之間的聚焦之差，偏移原始波象差的澤尼克系數(shù)a20。
圖5表示對象的一個例子。我們由眼睛的初始波象差計算出補償散焦和散光之后的最優(yōu)波象差。獲得用于該眼睛處方的矯正透鏡的球面和柱面。
該概括描述的方法的擴展包括對最佳參數(shù)進行搜索，以便實現(xiàn)除散光和散焦以外幾種高級象差的定制矯正。例如，如果能制造出矯正眼睛球差的非球面隱形眼鏡，則我們的方法能產(chǎn)生該透鏡應該矯正的最優(yōu)象差值，以便在存在未矯正象差時獲得最佳圖像質(zhì)量。
通過用所有待矯正象差的系數(shù)集替代散焦和散光系數(shù)集合，同樣地繼續(xù)上述所有步驟。
圖6A和6B表示不同象平面處不同量度的大小。0屈光度平面為傍軸平面。垂直虛線表示RMS最小的平面。表示出兩個例子，圖6A中為一僅具有球差(對于普通眼睛的數(shù)值)的例子，圖6B表示另一具有典型眼睛所有高級象差的例子。在圖6B所示情形中，已經(jīng)對散光進行了最優(yōu)化，且僅表示出對散焦的依賴性?？梢杂^察到
-因為高級象差，獲得最佳圖像必須有一些散焦。
-最小RMS不與其他量度的最大值相應。
-對于僅有球差的眼睛，可以看出Strehl比呈現(xiàn)出對稱圍繞最小RMS平面的兩個全局極大值。不過，在具有所有象差的眼睛中，Strehl比的作用更強。
-所有量度相互關(guān)聯(lián)性很好。
-環(huán)繞能、MTFa和CSFa是最強的量度。此外，它們表現(xiàn)出更尖銳的最大值，這意味著更精確地確定最佳圖像。
圖7表示測量對象的主觀折光度和波象差的實驗系統(tǒng)。該設備基于本領域中眾所周知的Shack-Hartmann檢測器。該對象通過該系統(tǒng)觀看顯示在陰極射線管(CRT)上的Snellen視力表。在相同條件下進行主觀折光度和波象差測量。
具體來說，在圖7的系統(tǒng)700中，在CRT、液晶顯示(LCD)屏幕或類似裝置上向?qū)ο箫@示Shellen視力表702?；蛘?，可以打印Snellen視力表，或者可以使用另一種視力表。該Shellen視力表702通過一分束器704、一共軛透鏡系統(tǒng)706、另一分束器708以及一任選擇的可移動球面-柱面矯正系統(tǒng)710，成像在該對象眼睛E的視網(wǎng)膜上。來自激光二極管712的光通過分束器708引導到該對象眼睛E的視網(wǎng)膜上。來自激光二極管712的被視網(wǎng)膜反射的光，通過分束器708、共軛透鏡系統(tǒng)706和分束器704進入Shack-Hartmann檢測器714，Shack-Hartmann檢測器714包括一微透鏡陣列716和一CCD或其他光電檢測器陣列718。該Shack-Hartmann檢測器714產(chǎn)生一輸出，該輸出被引導到編程實現(xiàn)圖2或圖3技術(shù)的計算機720。廣泛可用的奔騰III類計算機就足夠了。該計算機720在步驟218輸出圖2或3的最佳波象差，并且在步驟220輸出所需的折光矯正量?？蓪⒑笳咛峁┙o鏡片加工、外科手術(shù)矯正、自適應光學系統(tǒng)或者圖像仿真系統(tǒng)722，可制造出眼鏡鏡片、隱形眼鏡或眼內(nèi)透鏡，以矯正眼睛的波象差，控制在眼睛E上施行的外科手術(shù)以矯正象差，提供自適應光學系統(tǒng)如可變形反射鏡以提供相反的象差，或者模擬表示象差矯正之后該對象觀看景色的圖像。后面將參照圖14A-14C解釋最后一種。
在6只眼睛中測量折光度和象差。根據(jù)波象差，用使不同量度最大的計算方法計算客觀折光度。
圖8A-8F表示對于6只眼睛，主觀折光度與所估計的客觀折光度的比較。圖8A表示通過RMS和傍軸近似計算出的折光度。圖8B-8F表示使用下列量度計算出的折光度Strehl比，PSF的熵，PSF的方差，0到60c/deg之間MTF的面積，和CSF的面積。以屈光度為單位表示折光度。
該圖表明，該最佳實施例五個量度中任何一個都將給出比圖8A好得多的結(jié)果。使用所有我們的量度預測的主觀折光度效果良好且非常相似。最小RMS和傍軸近似不是好的選擇。
圖9表示剩余折光度的RMSE(均方根誤差)。它是6個對象中客觀與主觀折光度之間平均誤差的量度。用我們的方法估計折光度時的誤差小于實現(xiàn)主觀折光度的實驗誤差(通常小0.25屈光度)。并且，圖9證實參照圖8A-8F的觀測結(jié)果，即該最佳實施例的五個量度給出比RMS技術(shù)(1)或傍軸技術(shù)(2)好得多的結(jié)果。
圖10表示圖8A-8F所示主觀與客觀折光度之間的差異對波象差的RMS的依賴性。在波象差的RMS中，僅包括高級象差(非散焦和散光)。隨著高級象差量增大，對于傍軸或最小RMS近似而言，該誤差增大。用其他量度估計的折光度誤差沒有表現(xiàn)出對高級象差大小的依賴性。
圖11表示高級象差還影響眼睛對折光誤差的容限。該圖對于兩只眼睛表示出量度值相對以屈光度為單位的折光誤差的曲線。與對于眼睛2的曲線相比，對于眼睛1的曲線表現(xiàn)出從其峰值開始更大的斜率，因而對折光誤差的容限更低。
圖12A和12B表示對于兩只眼睛繪出的量度容限曲線以及主觀敏銳度容限。如圖所示，兩類容限彼此非常相近。
由上所述將會看出，即使在并非可矯正所有測得象差或者僅能部分地矯正測得象差時，該容限提供了一種確定哪種矯正最有效的方法。例如，參見圖11，如果矯正眼睛1的象差，使該曲線下降到眼睛2的曲線處，則將極大減小量度的改變量，從而不能矯正對對象視力影響小得多的剩余象差。限差是本發(fā)明普遍原理的一個例子，即，如果能測量的象差多于矯正的象差，則進行引起視力最佳改善的矯正。
現(xiàn)在將參照圖13A和13B解釋雙目平衡，圖13A和13B分別表示對于右眼和左眼相對屈光度繪出的量度值曲線。標記M的箭頭表示對于右眼的最佳單目矯正量，標記B的箭頭表示在和兩眼中較壞眼睛平衡的基礎上的最佳雙目矯正量。
雙目平衡考慮到不同對象的不同需要。例如，如果兩個對象具有同樣視力，但一個需要近處視覺(例如整天工作于計算機前)，而另一需要遠處視覺(例如開卡車為生)，他們將具有不同的鏡片處方。在雙目平衡中，首先選擇在無窮遠處的最佳折光度，然后根據(jù)該對象的實際工作條件調(diào)節(jié)該折光度。也就是說，雙目平衡決定在并非無窮遠的一段距離上(場深)矯正的成功程度。
到目前為止已經(jīng)根據(jù)實際象平面量度的計算和使用描述了該最佳實施例。不過，可使用代表象平面量度即反映象平面上圖像質(zhì)量的任何量度。例如，雖然上述傳統(tǒng)的RMS和傍軸技術(shù)本身不適合，不過它們沿相反方向產(chǎn)生誤差，從而可進行平均。平均可以為簡單平均(50％-50％)，或者為加權(quán)平均。平均代表象平面上的圖像質(zhì)量，RMS技術(shù)或傍軸技術(shù)均不能獨自提供圖像質(zhì)量。
所述客觀方法產(chǎn)生了該對象主觀折光度的精確數(shù)值。看起來所提出的不同圖像質(zhì)量量度產(chǎn)生相同結(jié)果。不過其中的一些，例如CSF，可起到更強的作用，因為它們表現(xiàn)為單峰值，并且限差窗口較窄。
上述限差曲線表明，可以將本發(fā)明實現(xiàn)成一種智能方法，考慮幾種因素如可接受限差、對象的工作條件、瞳孔直徑等，處方出定制眼睛折光度。
參照圖14A-14C公開了另一種實際應用。圖像量度的最優(yōu)化不僅能估計主觀折光度，而且能模擬最佳矯正之后對象看到的景象。通常使用仿真圖像了解該對象如何觀看具有象差的實像。通常使用瞳孔平面方法計算這些仿真圖像，從而它們不真正相應于觀察者看到的實際圖像。
圖14A-14C中表示出一個例子。利用典型眼睛的象差計算對眼睛進行散焦和散光最佳矯正時通過眼睛光學系統(tǒng)的景色的像。圖14B表示假設象平面量度最優(yōu)化時的仿真像，而圖14A和14C分別表示假設通過傍軸近似和最小RMS對瞳孔平面量度最優(yōu)化時的仿真圖像。圖14B與圖14A和14C的比較表明，象平面量度的最優(yōu)化產(chǎn)生出最清楚的圖像(the least blurred image)。
可以在最佳矯正之后仿真圖像，該矯正可針對散焦和散光，僅對散焦，或者針對象差的任何組合。圖像的仿真是設備的一個重要的補充性質(zhì)。取決于每個對象的特定象差，視網(wǎng)膜圖像可以有極大不同，在將要施加矯正時對這些圖像的估計極為重要。例如如果矯正和未矯正眼睛散光的仿真圖像看起來相同，則表明該矯正沒有提供很大的益處。
顯然根據(jù)以上所述，本發(fā)明在可靠測量方面比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)越。不過，為了進一步證明本發(fā)明的優(yōu)點，將表示出對大患者人群的試驗結(jié)果，其中本發(fā)明的最佳實施例與某些其他方法進行比較。
分析146只眼睛的波象差，以確定三種客觀估計主觀折光度的方法中哪一種與主觀折光度測量結(jié)果最匹配。這三種方法為_WF rms預測，一種基于瞳孔平面的方法，其分析使用象差系數(shù)以使波象差的rms最?。籄UTO，相當于用市售的自動屈光計進行測量；以及OPT，一種本發(fā)明的方法，涉及到通過在存在高級象差時尋找使圖像質(zhì)量量度最優(yōu)化的散焦和散光大小，使視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量最佳。特別是，通過使PSF的熵最優(yōu)而計算出下面列出的試驗結(jié)果。
圖15A-15C為根據(jù)WF、AUTO和最優(yōu)化(OPT)，以屈光度為單位分別表示主觀球面當量與客觀球面當量之間的關(guān)系。所有圖均表明相關(guān)系數(shù)接近于1。
不過，這些方法的差別大體上在于能預測的主觀球面當量的精度。圖16A-16C為對于WF、AUTO和OPT，作為以微米為單位的球差的函數(shù)，分別表示主觀與客觀球面當量之間的誤差。146只眼睛球面當量的平均誤差(RMSE)如下WF0.6±0.7DAUTO0.5±0.9DOPT0.4±0.5D球面當量誤差超過1D的對象的百分比如下WF10％AUTO2％OPT2％可以歸納出關(guān)于球面當量預測的下述結(jié)論。首先，WF明顯不如AUTO和OPT，并且它們不隨象差增大。第二，AUTO和OPT相似，不過OPT更好(參見RMSE和標準偏差)。
圖17A-17C為對于WF、AUTO和OPT，以屈光度為單位，分別表示主觀與客觀柱面之間的關(guān)系。可以看出，OPT呈現(xiàn)出最好的關(guān)系，且斜率接近于1。
圖18A-18C為對于WF、AUTO和OPT，作為以微米為單位的高級象差大小的函數(shù)，分別表示主觀與客觀柱面之間的誤差。WF和AUTO隨象差改變，而OPT不隨象差改變。
圖19A-19C為對于WF、AUTO和最優(yōu)化(OPT)，以度為單位，分別表示主觀與客觀散光軸之間的關(guān)系。柱面的平均誤差(RMSE)如下WF0.6±0.8DAUTO0.4±0.7DOPT0.2±0.3D軸的平均誤差(RMSE)如下WF29±43AUTO21±31OPT17±27
柱面誤差超過0.5D的對象的百分比如下WF14％AUTO3％OPT＜1％上圖表明，OPT優(yōu)于WF或AUTO。還表明，WF和AUTO不依賴于象差，而OPT受到象差的影響。
上面表示的試驗結(jié)果提供下列觀測結(jié)果。象差影響眼睛折光度。對于球面而言量度優(yōu)化方法(OPT)的平均誤差小于0.4D；對于柱面而言小于0.25D。對于整個人群，對于球面而言誤差小于1D；對于柱面而言小于0.5D。
WF方法剩下對于球面而言誤差大于1D，對于散光而言誤差大于0.5D的大百分比人群。使用該方法，球面和柱面誤差取決于其它象差大小。
AUTO屈光計能相當好地預測球面，不過柱面誤差取決于象差。OPT優(yōu)于AUTO。
當使用優(yōu)化(OPT)時，球面誤差和散光誤差不依賴于象差。量度優(yōu)化(OPT)的預測誤差不依賴于象差如球差的事實表明，該方法正確地考慮到這些象差的影響。
即使對于具有小象差值的眼睛，瞳孔平面方法也表現(xiàn)出誤差。這意味著存在并非象差因素導致的易變性(variability)。OPT方法減小了象差導致的誤差，不過沒有處于試驗易變性的限度之下?？梢灶A料，如果精確測量瞳孔尺寸，并在計算OPT時將瞳孔尺寸考慮在內(nèi)，OPT將能更好地實現(xiàn)。當然，根據(jù)波前檢測而非自動屈光計檢測眼睛折光度的優(yōu)點之一在于，可以針對任何所需瞳孔尺寸計算折光度。
也許易變性部分是由主觀折光度的精度引起，部分是由在對象人群中進行測量時沒有麻痹眼睛的適應性調(diào)節(jié)，而這很容易引入0.25-0.5D的誤差。波象差(WA)對于適應性調(diào)節(jié)中除系數(shù)c4以外的小變化相當強健。這可以解釋為什么可通過量度優(yōu)化，以高于0.25D的精度預測柱面，而能以較低精度預測球面。實際上，在一個城市中測量的一個人眼睛的WA，與在另一城市中對同一眼睛進行的測量類似，不過散焦發(fā)生改變。如果WA的c4存在實驗誤差，則不可能通過任何方法減小易變性。WA數(shù)據(jù)的精度越高，則將該系數(shù)用于預測折光度越好。另一種可能誤差源為主觀折光度與自動折光度結(jié)果的偏差，正是由于有時從自動折光度測量獲得的數(shù)值開始主觀折光度試驗。
盡管上面已經(jīng)陳述了本發(fā)明的最佳實施例，但本領域看到本公開的技術(shù)人員很容易想到可以在本發(fā)明范圍內(nèi)實現(xiàn)其他實施例。例如，說明中給出的數(shù)值是示意性的而非限定。并且，可以使用任何可靠的波前檢測器，如Shack-Hartmann檢測器、掃描檢測器或者象差顯示器(aberroscope)。而且，本發(fā)明可以與任何矯正視力的方法一起使用。從而，應該理解成本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于確定矯正患者眼睛中象差的矯正量的方法，該方法包括(a)接收代表該象差的數(shù)據(jù)信號；以及(b)根據(jù)該數(shù)據(jù)信號，確定該矯正量，使當向該眼睛施加該矯正量時，客觀地使該眼睛象平面上的圖像質(zhì)量量度最優(yōu)化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括Strehl比。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括眼睛瞳孔平面上至少一個量度的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的熵。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括環(huán)繞能。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的方差。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛的調(diào)制傳遞函數(shù)的積分。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛的對比靈敏度函數(shù)的積分。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用Shack-Hartmann檢測器執(zhí)行步驟(a)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括(i)定義一包括多組系數(shù)的搜索空間；(ii)在該搜索空間中對于每組系數(shù)計算該圖像質(zhì)量量度；(iii)從步驟(b)(ii)中計算出的圖像質(zhì)量量度的所有值中選擇該圖像質(zhì)量量度的最佳值；以及(iv)根據(jù)在步驟(b)(iii)中計算該圖像質(zhì)量量度最佳值的多組系數(shù)之一確定矯正量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該多組系數(shù)為對于二級象差的澤尼克系數(shù)集。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在步驟(b)(ii)中根據(jù)眼睛瞳孔函數(shù)與矯正瞳孔函數(shù)的乘積計算該圖像質(zhì)量量度，其中眼睛瞳孔函數(shù)包括n個象差，并且根據(jù)步驟(a)中所接收的該數(shù)據(jù)信號確定，且矯正瞳孔函數(shù)包括m個象差，m＜n，并由獨立于該數(shù)據(jù)信號的每組系數(shù)計算而得。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括Strehl比。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括該眼睛瞳孔平面上至少一個量度的函數(shù)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的熵。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括一環(huán)繞能。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的方差。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛調(diào)制傳遞函數(shù)的積分。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛對比靈敏度函數(shù)的積分。
20.如權(quán)利要求10所述的方法，其中使用Shack-Hartmann檢測器執(zhí)行步驟(a)。
21.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該矯正量包括對二級象差的矯正。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該二級象差僅包括散焦。
23.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該矯正量包括對三級象差的矯正。
24.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該矯正量包括對四級象差的矯正。
25.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括形成一提供該矯正量的鏡片。
26.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括對該眼睛進行外科手術(shù)以提供該矯正。
27.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括提供一自適應光學系統(tǒng)以提供該矯正量。
28.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括合成一向眼睛施加該矯正時患者將看到的圖像。
29.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該矯正量矯正的象差比所檢測的所有象差少。
30.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該矯正量包括對二級象差的矯正。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該二級象差僅包括散焦。
32.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該矯正量包括對三級象差的矯正。
33.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該矯正量包括對四級象差的矯正。
34.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括形成一提供該矯正量的鏡片。
35.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在該眼睛上進行外科手術(shù)以提供該矯正。
36.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供自適應光學系統(tǒng)以提供該矯正量。
37.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括合成一向眼睛施加該矯正時患者將看到的圖像。
38.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該矯正量所矯正的象差比所檢測的所有象差少。
39.一種用于確定矯正患者眼睛中象差的矯正量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一檢測裝置，用于照射眼睛的視網(wǎng)膜，接收從視網(wǎng)膜反射的光，產(chǎn)生代表從該視網(wǎng)膜反射的光的象差的數(shù)據(jù)信號，并輸出該數(shù)據(jù)信號；以及一計算裝置，用于(a)接收該數(shù)據(jù)信號；并且(b)根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定矯正量，使當將該矯正量施加于該眼睛時，客觀上將該眼睛象平面上的圖像質(zhì)量量度最優(yōu)化。
40.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括Strehl比。
41.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括該眼睛瞳孔平面上至少一個量度的函數(shù)。
42.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的熵。
43.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括一環(huán)繞能。
44.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的方差。
45.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛調(diào)制傳遞函數(shù)的積分。
46.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛對比靈敏度函數(shù)的積分。
47.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該檢測裝置包括一Shack-Hartmann檢測器。
48.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該計算裝置通過下列步驟確定該矯正量(i)定義一包括多組系數(shù)的搜索空間；(ii)在該搜索空間中對每組系數(shù)計算該圖像質(zhì)量量度；(iii)從步驟(ii)中計算出的該圖像質(zhì)量量度的所有值中選擇該圖像質(zhì)量量度的最佳值；以及(iv)根據(jù)在步驟(iii)中計算該圖像質(zhì)量量度最佳值的多組系數(shù)之一確定矯正量。
49.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該多組系數(shù)為對于二級象差的澤尼克系數(shù)集。
50.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中在步驟(ii)中根據(jù)眼睛瞳孔函數(shù)與矯正瞳孔函數(shù)的乘積計算該圖像質(zhì)量量度，其中眼睛瞳孔函數(shù)包括n個象差，并且根據(jù)步驟(a)中所接收的該數(shù)據(jù)信號確定，且矯正瞳孔函數(shù)包括m個象差，m＜n，并由獨立于該數(shù)據(jù)信號的每組系數(shù)計算而得。
51.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括Strehl比。
52.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括該眼睛瞳孔平面上至少一個量度的函數(shù)。
53.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的熵。
54.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括一環(huán)繞能。
55.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的點擴展函數(shù)的方差。
56.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛調(diào)制傳遞函數(shù)的積分。
57.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該圖像質(zhì)量量度包括根據(jù)該數(shù)據(jù)信號確定的眼睛對比靈敏度函數(shù)的積分。
58.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該檢測裝置包括一Shack-Hartmann檢測器。
59.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該矯正量包括對二級象差的矯正。
60.如權(quán)利要求59所述的系統(tǒng)，其中該二級象差僅包括散焦。
61.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該矯正量包括對三級象差的矯正。
62.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該矯正量包括對四級象差的矯正。
63.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并形成一提供該矯正量的鏡片的裝置。
64.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并對眼睛進行外科手術(shù)以提供該矯正的裝置。
65.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并提供自適應光學系統(tǒng)以提供該矯正量的裝置。
66.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并合成當將該矯正量施加給眼睛時患者將看到的圖像的裝置。
67.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中該矯正量矯正的象差比所檢測的所有象差少。
68.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該矯正量包括對二級象差的矯正。
69.如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中該二級象差僅包括散焦。
70.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該矯正量包括對三級象差的矯正。
71.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該矯正量包括對四級象差的矯正。
72.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并形成一提供該矯正量的鏡片的裝置。
73.權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并對眼睛進行外科手術(shù)以提供該矯正的裝置。
74.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并提供自適應光學系統(tǒng)以提供該矯正量的裝置。
75.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一從該計算裝置接收代表該矯正量的信息，并合成當將該矯正量施加給眼睛時患者將看到的圖像的裝置。
76.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該矯正量矯正被所檢測的所有象差少的象差。
全文摘要
根據(jù)波前象差數(shù)據(jù)確定眼睛折光度，并且設計最優(yōu)化定制的矯正。通過使用檢測器如Shack－Hartmann檢測器(714)測量眼睛的波象差(202)。根據(jù)該象差，計算圖像量度(214)，并且確定使該量度最優(yōu)化的二級象差(218)。根據(jù)該最優(yōu)化，確定該眼睛所需的折光矯正(220)。該圖像量度是表示視網(wǎng)膜平面上圖像質(zhì)量的若干量度之一，或者表示這類量度代表?？梢岳盟璧恼酃獬C正形成鏡片，或者控制眼外科手術(shù)。如果可能檢測到比所能矯正的更多的象差，則矯正那些對視力影響最大的或者眼睛誤差容限最低的象差。
文檔編號A61B3/10GK1575146SQ01818811
公開日2005年2月2日 申請日期2001年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者戴維·威廉姆斯, 安東尼奧·吉勞 申請人:羅切斯特大學